(57)【要約】  電気ヒューズ内（１００、２００、３５２）の熱機械的ひずみ疲労を検出するためのシステムおよび方法は、ヒューズ（１００、２００、３５２）が付勢された電力システムに接続されている間に、ある期間にわたって、少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータを監視するように（７２２）構成されたコントローラ（３６２）を含み、監視された少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータに基づいて、コントローラ（７２２）は、ヒューズ素子の消費耐用年数、またはヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つを決定するように（７２６、７２８）さらに構成されている。【選択図】図１７
2019526784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ヒューズ疲労評価システムであって、
少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータを、付勢された電力システムにヒューズが接続されている間に、ある期間にわたって監視するように構成されたコントローラを備え、
前記監視されている少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータに基づいて、前記コントローラが、ヒューズ素子の消費耐用年数、または前記ヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つを決定するようにさらに構成されている、電気ヒューズ疲労評価システム。
【請求項２】
前記監視されている少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータが、前記ヒューズ素子の抵抗の変化、前記ヒューズ素子の機械的ひずみの変化、または前記ヒューズ素子の累積損傷成分を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
電流源をさらに備え、前記コントローラが、前記電流源からの前記ヒューズ素子を横切る注入電流に基づいて、前記ヒューズの抵抗を測定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、前記測定された抵抗を所定のヒューズ疲労抵抗プロットと比較するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ヒューズを流れる電流を検出するように構成されている補償回路をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、
前記ヒューズを流れる前記電流に関連するひずみを計算し、
前記計算されたひずみを所定のヒューズ疲労ひずみプロットと比較する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、所定の範囲内で検出された電流ピークの数、および前記計算されたひずみにおける故障までの総周期数に基づいて、疲労損傷成分を計算するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記計算された疲労損傷成分を累積し、前記累積された疲労を１と比較して、前記ヒューズ素子の消費耐用年数、または前記ヒューズ素子の残存耐用年数のうちの前記少なくとも１つを決定するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、前記ヒューズ素子の消費耐用年数、または前記ヒューズ素子の残存耐用年数のうちの前記少なくとも１つに関する情報を通信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記電力システム内の故障電流の種類を特定し、かつ通信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラが、所定の持続時間の評価ウィンドウに基づいて、前記故障電流を特定するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記ヒューズに内蔵されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラが、ヒューズホルダおよび切断スイッチのうちの１つに内蔵されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラと通信する読取装置または遠隔装置のうちの少なくとも１つをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ヒューズ素子が、少なくとも１つの弱い箇所を含む幾何学的形状に打ち抜かれた金属ヒューズ素子である、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明の分野は、一般に、電力システムでの非線形抵抗を有する導体を通る電流を検知し、かつ、監視するシステムおよび方法に関し、より詳細には、電気回路を保護する電気ヒューズ内の熱機械的ひずみ疲労を検出するための検知および監視システムに関する。
【０００２】
ヒューズは、電気回路への費用のかかる損傷を防止するための過大電流保護装置として広く使用されている。ヒューズ端子は、典型的には、電源または電力供給装置と、電気回路に配置されている電気部品、または部品の組み合わせとの間の電気接続を形成する。１つ以上のヒュージブルリンクもしくは素子、またはヒューズ素子アセンブリが、ヒューズ端子間に接続され、その結果、ヒューズを流れる電流が所定の限度を超えると、ヒュージブル素子が溶解し、ヒューズを通る１つ以上の回路を開き、電気部品の損傷を防止する。
【０００３】
いわゆるフルレンジ電力ヒューズは、比較的高い故障電流と比較的低い故障電流との両方を等しい効果で安全に中断させるために、高圧配電で動作可能である。絶えず拡大している電力システムの変化を考慮して、この種の既知のヒューズは、いくつかの態様では不利である。フルレンジ電力ヒューズの改善は、市場のニーズを満たすことが望まれている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
非限定的で非網羅的な実施形態が、以下の図を参照して説明され、特に指定がない限り様々な図面を通して同様の部品には同じ参照番号が付されている。
【０００５】
【図１】電力ヒューズを通すことができる例示的な電流プロファイルを示す。
【図２】図１に示す電流プロファイルを経験する可能性のある高圧電力ヒューズの平面図である。
【図３】図２に示す電力ヒューズの部分斜視図である。
【図４】図３に示すヒューズ素子アセンブリの拡大図である。
【図５】図４に示すヒューズ素子アセンブリの一部を示す。
【図６】疲労状態にある図４の一部の拡大図である。
【図７】ヒューズ素子の疲労によって進行する典型的なヒューズを示す例示的なヒューズの抵抗対時間プロットである。
【図８】ヒューズの抵抗を決定する第１の例示的な技術を示す電力システムの一部の部分回路図である。
【図９】ヒューズの抵抗を決定する第２の例示的な技術を示す電力システムの一部分の部分回路図である。
【図１０】銀ヒューズ素子の例示的なひずみ対周期プロットであり、そのヒューズ素子の疲労を示す。
【図１１】予測的なヒューズ疲労評価システムでのひずみ周期を決定することができる例示的な電流対時間プロットを示す。
【図１２】本発明の予測ヒューズ疲労評価システムの電流対時間プロットの例示的な測定ウィンドウを示す。
【図１３】本発明のヒューズ疲労評価システムの例示的なヒューズ監視モードを示す。
【図１４】本発明のある実施形態による第１の例示的なヒューズ疲労評価システムを概略的に表す。
【図１５】本発明のある実施形態による第２の例示的なヒューズ疲労評価システムを概略的に表す。
【図１６】本発明のある実施形態による第３の例示的なヒューズ疲労評価システムを概略的に表す。
【図１７】図７〜図１５に示すヒューズ疲労評価技術およびシステムに関連する例示的なプロセスを示す方法フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
とりわけ、電気自動車技術における最近の進歩は、ヒューズ製造業者に特有の課題を提示している。電気自動車の製造業者は、従来の車両用電力分配システムよりもはるかに高い電圧で動作する電力分配システムのためのヒュージブル回路保護を求めていると同時に、電気自動車の仕様および要求を満たすためのより小さいヒューズも求めている。
【０００７】
従来の内燃機関駆動車両用の電力システムは、比較的低い電圧、典型的には約４８ＶＤＣ以下で動作する。しかしながら、本明細書では電気自動車（ＥＶ）と呼ばれる電気駆動車両用の電力システムは、それよりもはるかに高い電圧で動作する。ＥＶの比較的高い電圧システム（例えば、２００ＶＤＣ以上）は、一般に、バッテリが、電力源からのエネルギーをより多く蓄積し、車両の電気モータに、内燃機関で使用される１２ボルトまたは２４ボルトのエネルギーを蓄積する従来のバッテリよりもより少ない損失（例えば、熱損失）で、およびより最近では４８ボルトの電力システムでより多くのエネルギーを供給することを可能にする。
【０００８】
ＥＶの相手先商標製品の製造会社（ＯＥＭ）は、全バッテリ電気自動車（ＢＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、およびプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）の電気負荷を保護するために、回路保護ヒューズを採用している。各ＥＶタイプ間で、ＥＶ製造業者は、所有コストを削減しながら、バッテリの１回の充電当たりのＥＶの走行可能距離範囲を最大化したいと努力している。これらの目標の達成は、ＥＶシステムのエネルギー貯蔵および電力供給、ならびに電力システムによって運ばれる車両部品の大きさ、体積、および質量にかかっている。より小型および／または軽量の車両は、より大型で重い車両よりもこれらの要求をより効果的に満たすことができるため、このようなすべてのＥＶ部品は、現在、潜在的な大きさ、重量、およびコスト削減のために精査されている。
【０００９】
一般的に言えば、部品が大きいほど、関連する材料コストが高くなる傾向があり、ＥＶの全体的な大きさが大きくなるか、あるいは縮小され続けている車両体積においては過度の空間の量を占める傾向があり、１回のバッテリ充電当たりの車両走行可能距離を直接減少させる、より大きな質量を導入する傾向がある。しかしながら、既知の高電圧回路保護ヒューズは、比較的大きく、かつ、比較的重い部品である。歴史的に、そして正当な理由から、回路保護ヒューズは、より低い電圧システムと対照的に、高電圧電力システムの要求を満たすために大きさが大きくなる傾向があった。よって、高電圧ＥＶ電力システムを保護するために必要な既存のヒューズは、従来の内燃機関駆動車両の低電圧電力システムを保護するために必要な既存のヒューズよりもはるかに大きい。回路保護性能を犠牲にすることなく、ＥＶ製造業者のニーズを満たすために、より小型でより軽量の高電圧電力ヒューズが望まれている。
【００１０】
最先端のＥＶ用の電力システムは、４５０ＶＤＣの高電圧で動作することができる。増加した電力システム電圧は、バッテリ１回の充電当たりより多くの電力をＥＶに望ましく供給する。しかしながら、このような高電圧電力システムにおける電気ヒューズの動作条件は、低電圧システムよりもはるかに厳しい。具体的には、ヒューズが開くときの電気アーク状態に関する仕様は、特に、電気ヒューズの大きさを縮小するための業界の好みも加味した場合、高電圧電力システムでは満たすことが非常に困難である。最先端のＥＶによって電力ヒューズに課される電流循環負荷はまた、従来のヒューズ素子の早期破壊を招く可能性のある機械的なひずみおよび摩耗を引き起こす傾向がある。最先端のＥＶの用途の高電圧回路において、ＥＶ  ＯＥＭによって使用される既知の電力ヒューズが現在利用可能であるが、ＥＶ用の高電圧電力システムの要件を満たすことができる従来の電力ヒューズの大きさおよび重量は、コストは言うまでもなく、新しいＥＶの実現には実用的ではない。
【００１１】
いくら控えめに言っても、ヒューズ素子が高電圧で動作する際に許容可能な遮断性能を依然として提供しながら、最先端のＥＶ電力システムの高電流および高バッテリ電圧をうまく処理することができる比較的小さい電力ヒューズを提供することは、困難なことである。ヒューズ製造業者およびＥＶ製造業者は、各々、より小さい、より軽く、より低コストのヒューズの恩恵を受けるであろう。ＥＶ革新は、より小型で、より高電圧のヒューズを望む市場をけん引しているが、より小型で、しかし強力な電気システムへの傾向は、ＥＶ市場を超越している。様々な他の電力システムの用途は、間違いなく、より大きな、従来製作されていたヒューズに匹敵する性能を別の方法で提供する、より小さなヒューズから恩恵を受けるであろう。しかしながら、ＥＶ電力システムの用途によって電気ヒューズに課される要求は、電気ヒューズの耐用年数を短縮し得るという特定の課題を提示する。当該技術分野における長年の実現されていないニーズに対する改善が必要である。
【００１２】
図１は、ヒューズ、および具体的には、ヒューズ素子または負荷電流循環疲労に影響されやすい内部の素子を提示することができるＥＶ電力システムの用途における例示的な電流駆動プロファイル１００を示す。電流は、図１の縦軸に沿って示され、時間は横軸に沿って示されている。典型的なＥＶ電力システムの用途では、電力ヒューズは、電気的故障状況による電気負荷への損傷を防止するための回路保護装置として利用される。図１の例を考慮すると、ＥＶ電力システムは、比較的短期間の電流負荷における大きな分散に影響されやすい。電流の分散は、ＥＶ車両の運転者の行動、交通状況および／または道路状況に基づいて、一見したところランダムな運転習慣によって生成されるシーケンスで様々な大きさの電流パルスを生成する。これにより、ＥＶ駆動モータ、一次駆動バッテリ、およびシステムに含まれる保護用電力ヒューズには、事実上無限大のさまざまな電流負荷周期が発生する。
【００１３】
図１の電流パルスプロファイルに例示されているこのようなランダムな電流負荷条件は、（バッテリの消耗に対応する）ＥＶの加速と（回生バッテリ充電に対応する）ＥＶの減速の両方に対して、本質的に周期的である。この電流周期的負荷は、ヒューズ素子に、より具体的には、ジュール効果加熱プロセスによって、電源ヒューズ内のヒューズ素子アセンブリのいわゆる弱い箇所に、熱循環応力を加える。ヒューズ素子のこの熱循環負荷は、特に、ヒューズ素子の弱い箇所に機械的膨張および収縮周期を課す。ヒューズ素子の弱い箇所のこの繰り返される機械的な周期的負荷は、やがて弱い箇所を破損点まで損傷させる累積ひずみを与える。本明細書の目的のために、この熱機械的プロセスおよび現象は、本明細書では、ヒューズ疲労と呼ばれる。以下でさらに説明するように、ヒューズ疲労は、主として、ヒューズが駆動プロファイルに耐えるにつれて、クリープのひずみに起因する。ヒューズ素子の弱い箇所で発生した熱が、ヒューズ疲労の発生をもたらす主なメカニズムである。
【００１４】
以下に、電気ヒューズ疲労を評価し、疲労プロセスによって破壊する前に、疲労したヒューズを交換する目的に向けて、ヒューズの耐用年数を予測または推定することができる例示的なヒューズ監視システムおよび方法について説明する。したがって、システムは、監視された疲労状態および耐用年数情報に関するアラートおよび通知を提供し、それに関するデータおよび情報を記録し、データおよび情報を遠隔装置に通信し、疲労の監視に基づいて、耐用年数の予想される終了の前に、ヒューズを開放させることができる電気的故障状況を認識することさえできる。
【００１５】
疲労監視は、ヒューズ疲労状態および残存耐用年数を評価するために、電気抵抗または機械的ひずみなどの疲労パラメータを監視し、かつ、監視されたパラメータを類似のヒューズ素子の既知の疲労パラメータと比較することによって、少なくとも部分的には達成される。疲労監視はまた、ヒューズ疲労状態および関連する残存耐用年数を評価するために、ヒューズを流れる電流を監視し、周期的な電流負荷のピーク電流に関連付けられたひずみを計算し、ピーク電流ごとに疲労損傷成分を算出し、疲労損傷成分を経時的に累積することによっても達成され得る。方法の態様は、一部明らかであり、一部以下の説明において明示的に論じられる。
【００１６】
本発明は、図１に示すような電流プロファイルを生成するＥＶの用途に関して説明されており、本発明はまた、例示的なＥＶの用途のニーズを満たすためヒューズの特定の種類および定格に関連して記載されているが、本発明の恩恵は、必ずしもＥＶの用途、もしくは記載された特定の種類または定格に限定されない。むしろ、本発明の恩恵は、他の電流プロファイルを生成する多くの異なる電力システムの用途により広く生じると考えられる。本発明はまた、本明細書で説明したものと同様のまたは異なる定格を有する異なる種類のヒューズを構成するために、部分的または全体的に実施することもできる。したがって、図１に示すＥＶプロファイルおよび以下に説明するヒューズは、限定ではなく例示のために説明される。
【００１７】
図２〜図４は、ＥＶ電力システムとともに使用するように設計された例示的な高電圧電力ヒューズ２００の様々な図である。従来の高電圧電力ヒューズと比較して、ヒューズ２００は、有益なことに、比較的小型で、かつ、よりコンパクトな物理的なパッケージ寸法を提供し、ひいては、ＥＶの物理的な低減された容量またはスペースを占有する。また、従来のヒューズと比較して、ヒューズ２００は、有益なことに、比較的高い電力処理能力、より高い電圧動作、フルレンジ時間電流動作、より短い短絡レットスルーエネルギー性能、ならびに説明されているＥＶ電力システムなどの用途におけるより長い寿命動作および信頼性を提供する。方法の態様は、部分的には明示的に説明され、かつ、一部は以下の説明から明らかになるであろう。従来構成されている既知のＵＬクラスＪヒューズと比較して、ヒューズ２００は、はるかに小型のパッケージ寸法で同等の性能を提供する。
【００１８】
図２に示すように、本発明の電力ヒューズ２００は、ハウジング２０２と、ラインおよび負荷側回路に接続するように構成された端子ブレード２０４、２０６と、端子ブレード２０４、２０６の間の電気接続を完了するヒューズ素子アセンブリ２０８とを含む。所定の電流条件に従って、ヒューズ素子アセンブリ２０８の少なくとも一部が溶解し、崩壊し、あるいは構造的に故障し、端子ブレード２０４、２０６の間の回路経路が開く。したがって、負荷側回路はライン側回路から電気的に絶縁されて、電気的故障状況が発生したときに、負荷側回路部品および回路を損傷から保護する。
【００１９】
一例におけるヒューズ２００は、５００ＶＤＣの電圧定格および１５０Ａの電流定格を提供するように設計されている。ＬＨがヒューズの両端部間のハウジングの軸方向長さであり、ＲＨがヒューズのハウジングの外径であり、ＬＴがハウジングの反対側で互いに対向するブレード端子の遠位端の間で測定されたヒューズの総全長である図示の例では、ヒューズ２００の寸法は、従来の構造で同等の性能を提供する既知のＵＬクラスＪヒューズの対応する寸法の約５０％である。さらに、ヒューズ２００の容積は、同じ定格で同等の性能を提供する従来のＵＬクラスＪヒューズの容積から約８７％低減される。したがって、ヒューズ２００は、別の方法で同等のヒューズ保護性能を提供しながら、従来のヒューズと比較して相当な大きさおよび容積の削減を提供する。ヒューズ２００の大きさおよび容積の削減は、ヒューズ１００に対して、その構成に利用される材料の削減を介して、重量およびコストの節約にさらに寄与する。したがって、そのより小型の寸法のため、ヒューズ２００は、ＥＶ電力システムの用途にはるかに好ましい。
【００２０】
一例では、ハウジング２０２は、例示的な一実施形態では、ガラスメラミンなどの当該技術分野で既知である非導電性材料から作製される。ハウジング２０２に適した他の既知の材料を、必要に応じて他の実施形態で代替的に使用することができる。加えて、図示のハウジング２０２は、ほぼ円筒形または管状であり、図示の例示的な実施形態では、軸方向長さ寸法ＬＨおよびＬＲに垂直な軸に沿ってほぼ円形の断面を有する。しかしながら、ハウジング２０２は、これに限定されることなく、互いに直角に配置されている４つの側壁を有する、つまり、正方形または長方形の断面を有する長方形を含む、別の形状に必要に応じて代替的に形成され得る。図示のハウジング２０２は、第１の端部２１０、第２の端部２１２、およびヒューズ素子アセンブリ２０８を受けて収容する対向する端部２１０、２１２の間の内部穴または通路を含む。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ハウジング２０２は、必要に応じて導電性材料で製作することができるが、これは、端子ブレード２０４、２０６をハウジング２０２から電気的に絶縁するために絶縁ガスケットなどを必要とする。
【００２２】
端子ブレード２０４、２０６はそれぞれ、ハウジング２０２の対向する端部２１０、２１２から各々反対方向に延び、互いにほぼ同一平面関係に延びるように配置される。端子ブレード２０４、２０６の各々は、考えられる実施形態では、銅または真鍮のような導電性材料から作製されてもよい。端子ブレード２０４、２０６を形成するのに望ましい他の実施形態では、他の既知の導電性材料を代替的に使用することができる。端子ブレード２０４、２０６の各々には、図３に示すように開口部２１４、２１６が形成されており、開口部２１４、２１６は、ボルト（図示せず）などの締結具を受けてヒューズ２００をＥＶ内の適所に固定し、端子ブレード２０４、２０６を介して、回路導体へのラインおよび負荷側回路接続を確立することができる。
【００２３】
例示的な端子ブレード２０４、２０６がヒューズ２００について示され、かつ、説明されているが、他の端子構造および配置も、さらなるおよび／または代替の実施形態で同様に利用されてもよい。例えば、開口部２１４、２１６は、いくつかの実施形態では任意であると考えられ、省略されてもよい。当業者であれば様々な種類の端子の選択肢を提供することが理解されているように、ナイフブレードの接点が、図示の端子ブレードの代わりに設けられてもよく、同様にフェルール端子またはエンドキャップが設けられてもよい。端子ブレード２０４、２０６はまた、必要に応じて、間隔を空けてほぼ平行な向きに配置することができ、図示のものとは異なる位置でハウジング２０２から突出することができる。
【００２４】
図３に示すようにハウジング２０２が取り外され、図４の拡大図に示すように、ヒューズ素子アセンブリ２０８は、第１のヒューズ素子２１８、および各々がエンドプレート２２６、２２８に設けられている端子コンタクトブロック２２２、２２４にそれぞれ接続されている第２のヒューズ素子２２０を含む。ブロック２２２、２２４を含むエンドプレート２２６、２２８は、銅、真鍮、または亜鉛のような導電性材料から製作されるが、他の導電性材料も既知であり、同様に他の実施形態で利用することができる。ヒューズ素子２１８、２１０および端子コンタクトブロック２２２、２２４の機械的および電気的接続は、これに限定されないが、はんだ付け技術を含む既知の技術を用いて確立することができる。
【００２５】
様々な実施形態では、エンドプレート２２６、２２８は、端子ブレード２０４、２０６を含むように形成されてもよく、または端子ブレード２０４、２０６が別個に設けられ、かつ、取り付けられてもよい。エンドプレート２２６、２２８は、いくつかの実施形態では任意であると考えられ、ヒューズ素子アセンブリ２０８と端子ブレード２０４、２０６との間の接続は、別の手法で確立されてもよい。
【００２６】
エンドプレート２２６、２２８をハウジング２０２に対して適所に固定する複数の固定ピン２３０も示されている。一例では、固定ピン２３０は、鋼で製作することができるが、他の材料も既知であり、必要に応じて利用することができる。いくつかの実施形態では、ピン２３０は任意であると考えられ、他の機械的接続の特徴を優先して省略することができる。
【００２７】
消弧フィラー媒体、または材料２３２は、ヒューズ素子アセンブリ２０８を取り囲む。フィラー材料２３２は、（ここで図示されている）プラグで封止されているエンドプレート２２６、２２８のうちの１つの１つ以上の充填開口を介して、ハウジング２０２に導入されてもよい。プラグは、様々な実施形態では、鋼、プラスチック、または他の材料から製作することができる。他の実施形態では、フィラー材料２３２の導入を容易にするために、ハウジング２０２を含むが、これに限定されない、充填孔または充填孔（複数）が、他の位置に設けられてもよい。
【００２８】
考えられる一実施形態では、充填媒体２３２は、石英珪砂とケイ酸ナトリウム結合剤とからなる。石英砂は、そのゆるやかな圧縮状態では比較的高い熱伝導および吸収能力を有するが、改善された性能を提供するためにケイ酸処理され得る。例えば、液体ケイ酸ナトリウム溶液を砂に添加し、次いで遊離水を乾燥させることによって、以下の利点を備えたケイ酸塩フィラー材料２３２を得ることができる。
【００２９】
ケイ酸塩材料２３２は、ヒューズ素子２１８、２２０、石英砂、ヒューズハウジング２０２、エンドプレート２２６および２２８、および端子コンタクトブロック２２２、２２４に対するケイ酸ナトリウムの熱伝導結合を生成する。この熱結合により、ヒューズ素子２１８、２２０からそれらの周囲、回路インターフェース、および導体へのより高い熱伝導が可能になる。石英砂へのケイ酸ナトリウムの適用は、熱エネルギーの伝導をヒューズ素子２１８、２２０から離れて援助する。
【００３０】
ケイ酸ナトリウムは、砂をヒューズ素子、端子、およびハウジング管に機械的に結合し、これらの材料間の熱伝導を増加させる。従来、砂を含み得るフィラー材料は、ヒューズ内のヒューズ素子の導電性部分と点接触するのみであるのに対し、フィラー材料２３２のケイ素化された砂は、ヒューズ素子に機械的に結合される。したがって、ヒューズ１００（図１）を含むが、それに限定されない、同等の性能を提供する既知のヒューズと比較して、ヒューズ２００の実質的な寸法縮小を部分的に容易にする、ケイ素化されたフィラー材料２３２により、より効率的、かつ効果的な熱伝導が可能になる。
【００３１】
図４は、ヒューズ素子アセンブリ２０８をさらに詳細に示している。電力ヒューズ２００は、アセンブリ２０８内のヒューズ素子の設計特徴のため、より高いシステム電圧で動作することができ、ヒューズ２００の寸法縮小をさらに容易にする。
【００３２】
図４に示すように、ヒューズ素子２１８、２２０の各々は、一般に、導電性材料のストリップから、斜め断面２４２、２４４によって接続されている一連の同一平面上の断面２４０に形成される。ヒューズ素子２１８、２２０は、一般に、実質的に同一の形状および幾何学的形状で形成されるが、アセンブリ２０８内で互いに対して反転される。すなわち、図示の実施形態でのヒューズ素子２１８、２２０は、互いに鏡像関係に配置されている。言い換えると、ヒューズ素子２１８、２２０の一方は、右上向きに配向され、他方は、逆向きに配向され、その結果、コンパクトで省スペースの構造となる。特定のヒューズ素子の幾何学および配置が示されているが、他の種類のヒューズ素子、ヒューズ素子の幾何学的形状、およびヒューズ素子の配置も他の実施形態で可能である。ヒューズ素子２１８、２２０は、すべての実施形態で互いに同一に形成される必要はない。さらに、いくつかの実施形態では、単一のヒューズ素子を利用することができる。
【００３３】
図示されている例示的なヒューズ素子２１８、２２０では、斜め断片２４２、２４４が平面部２４０から平面外に形成または曲げられ、斜め断片２４２が、斜め断片２４４と等しく、かつ、対向傾斜面を有する。すなわち、斜め断片２４２の一方は正の傾斜を有し、斜め断片２４４の他方は図示の例では負の傾斜を有する。斜め断片２４２、２４４は、図示のように平面部２４０の間で対に配置されている。端子タブ２４６は、上述したように、エンドプレート２２６、２２８への電気接続が確立され得るように、ヒューズ素子２１８、２２０のいずれかの対向する端部に示されている。
【００３４】
図示されている例では、平面部２４０は、当該技術分野ではｓと呼ばれる縮小された断面積２４１の複数の断片を画定する。弱い箇所２４１は、図示されている例の平面部２４０内の丸い開口部によって画定される。弱い箇所２４１は、隣接する開口部間の断片２４０の最も薄い部分に対応する。弱い箇所２４１の減少した断面積は、電流がヒューズ素子２１８、２２０を流れるときに熱集中を経験し、弱い箇所２４１の断面積は戦略的に選択されて、指定された電流条件を経た場合、弱い箇所２４１の位置で、ヒューズ素子２１８および２２０を開かせる。
【００３５】
各断片２４０に設けられている複数の断片２４０および複数の弱い箇所２４１は、ヒューズ素子２１８、２２０が動作するときに、アーク分割を容易にする。図示した例では、ヒューズ素子２１８、２２０は、１つではなく断片２４０に対応する３つの位置で同時に開く。図示した例によれば、４５０ＶＤＣシステムでは、ヒューズ素子が動作してヒューズ２００を通って回路を開くとき、電気アークが断片２４０の３箇所に分割され、各位置のアークは、４５０ＶＤＣの代わりに１５０ＶＤＣのアーク電位を有する。各断片２４０に設けられている複数（例えば、４つ）の弱い箇所２４１は、弱い箇所２４１の電気アークをさらに効果的に分割する。アーク分割は、ヒューズ２００の寸法縮小をすることができるように、フィラー材料２３２の量を減少させるとともにハウジング２０２の半径を減少させる。
【００３６】
平面部２４０の間の屈曲斜め断片２４２、２４４は、アークが燃焼するための平坦な長さを依然として提供するが、断片２４２、２４４が交差するコーナーで、アークが結合する可能性を避けるために、曲げ角度を慎重に選択すべきである。屈曲斜め断片２４２、２４４はまた、端子タブ２４６の遠位端と平面部２４０に平行な方向との間で測定されたヒューズ素子アセンブリ２０８の効果的に短い長さを提供する。有効長さがより短いと、ヒューズ素子が屈曲断片２４２、２４４を含まない場合に別の方法で必要とされるであろうヒューズ２００のハウジングの軸方向長さの短縮が容易になる。屈曲斜め断片２４２、２４４はまた、使用中の電流循環動作からの製造疲労および熱膨張疲労からの応力解放を提供する。
【００３７】
高出力のハンドリングおよび高電圧の動作の側面を有するこのような小型のヒューズパッケージを維持するために、上記のフィラー２３２および形成されたヒューズ素子の幾何学的形状でのケイ素化された石英砂の使用を超えて、特別な素子処理を適用することもできる。具体的には、ＲＴＶシリコーンまたはＵＶ硬化型シリコーンなどのアーク遮断材料またはアークバリア材料の適用は、ヒューズ素子２１８、２２０の端子タブ２４６に隣接して適用することができる。最も高い割合の二酸化ケイ素（ケイ土）を生むシリコーンは、端子タブ２４６の近くでアークバーンバックを阻止または緩和する際に、最良の性能を発揮することが分かっている。端子タブ２４６におけるあらゆるアークは望ましくなく、したがって、アーク遮断材料またはバリア材料２５０は、アークが端子タブ２４６に達するのを防止するように設けられた位置で、ヒューズ素子２１８、２２０の全断面を完全に取り囲む。
【００３８】
フルレンジ時間電流動作は、各々のヒューズ素子２１８、２２０内に２つのヒューズ素子溶解機構を採用することによって達成される。ヒューズ素子２１８の１つの溶解機構は、高電流動作（または短絡故障）によく反応し、かつ、ヒューズ素子２２０の１つの溶解機構は、低電流動作（または過負荷故障）によく反応する。このように、ヒューズ素子２１８は、短絡ヒューズ素子と呼ばれることがあり、ヒューズ素子２２０は、過負荷ヒューズ素子と呼ばれることがある。
【００３９】
考えられるある実施形態では、過負荷ヒューズ素子２２０は、純錫（Ｓｎ）が、断片２４０のうちの１つの弱い箇所に近接した位置で、この例では銅（Ｃｕ）から製作されたヒューズ素子に適用されるメトカーフ効果（Ｍ効果）コーティングを含むことができる。過負荷加熱の間に、共晶材料を形成する試みで、ＳｎおよびＣｕが一緒に拡散する。その結果、考えられる実施形態では、ＣｕとＳｎとの間のどこかの低い溶解温度、または約４００℃の低い溶解温度が得られる。したがって、過負荷ヒューズ素子２２０およびＭ効果コーティングを含む断片２４０は、短絡ヒューズ素子２１８に影響を与えない電流条件に応じる。考えられる実施形態では、Ｍ効果コーティングは、過負荷ヒューズ素子２２０の３つの断片２４０のうちの１つのみの約半分に適用されるが、Ｍ効果コーティングは、必要に応じて、断片２４０の追加のものに適用することができる。さらに、Ｍ効果コーティングは、図８に示すように、より大きなコーティングとは対照的に、別の実施形態では、弱い箇所の位置にのみ点として適用することができる。
【００４０】
短絡ヒューズ素子２１８内のヒューズ素子の溶解断片を縮小することにより、エネルギーを通す、より低い短絡が達成される。これは通常、追加された抵抗と熱による定格電流容量を低下させることによってヒューズ定格に悪影響を与える。ケイ素化された砂フィラー材料２３２は、ヒューズ素子２１８からより効果的に熱を除去するので、さもなければ生じるであろう電流容量の損失を補償する。
【００４１】
ケイ酸ナトリウムの石英砂への適用はまた、熱エネルギーの伝導をヒューズ素子の弱い箇所から離れて援助し、機械的応力およびひずみを減少させて、さもなければ生じる可能性のある負荷電流循環疲労を軽減する。換言すれば、ケイ素化されたフィラー２３２は、ヒューズ素子の弱い箇所でのそれらの動作温度を低下させることにより、ヒューズ疲労を緩和する。ケイ酸ナトリウムは、砂をヒューズ素子、端子およびハウジングに機械的に結合し、これらの材料間の熱伝導を増加させる。少ない熱は弱い箇所で生成され、機械的ひずみおよびヒューズ疲労の発現は、その結果従来のヒューズと比較して遅くなるが、図１に示す電流プロファイルがヒューズ全体に適用されるＥＶの用途では、疲労によるヒューズ素子の故障は、短絡状態または過負荷状態とは対照的に、ヒューズの寿命への実際的な制限となっている。すなわち、ヒューズ２００は、非常に高い電流制限性能はもちろん、長い耐用年数および高い信頼性を厄介な、または時ならぬヒューズの抵抗から提供するように設計され、考案されているが、ＥＶ電力システムのような用途では、前述のヒューズ疲労は、ヒューズの誤動作を引き起こし、ＥＶ電力システムの信頼性に影響を与える。
【００４２】
ヒューズ２００に記載されたヒューズ素子は、従来設計されたヒューズと同様に、金属で打ち抜かれた、または穴あきヒューズ素子を利用しており、上述した周期的電流負荷の種類を含むＥＶの用途にいくらかの関心を示している。このような打ち抜かれたヒューズ素子の設計は、銅または銀または銅合金から作製されたものであれ、ヒューズ素子の弱い箇所２４１に機械的なひずみおよび応力を不必要に導入し、その結果、ヒューズ２００が異なる電流負荷を有する別の電力システムで使用された場合よりも短い耐用年数となる傾向がある。この短いヒューズ耐用年数は、弱い箇所２４１におけるヒューズ素子の機械的疲労に起因する厄介なヒューズの抵抗の形で現れる。
【００４３】
図４〜図６に示すように、繰り返される高電流パルスは、ヒューズ素子２１８、２２０の亀裂伝播および故障に続く粒界崩壊から、ヒューズ素子２１８、２２０の金属疲労につながる。ヒューズ素子２１８、２２０の機械的制約は、打ち抜かれたヒューズ素子の設計および製造に固有のものであり、繰り返される負荷電流循環中に弱い箇所２４１の座屈を促進することが残念ながら判明している。この座屈は、隣接する金属粒子間に剥離または滑りが生じる金属粒界への損傷の結果である。このような弱い箇所２４１の座屈は、経時的に発生し、より高い一時的な電流パルスで加速され、より顕著になる。一時的な電流パルスの加熱冷却デルタが大きいほど、機械的影響が大きくなり、したがって、弱い箇所２４１の座屈変形が大きくなる。
【００４４】
一時的な電流パルスの加熱効果によって引き起こされる金属の繰り返しの物理的機械的操作は、ひいては、金属ヒューズ素子２１８、２２０の粒子構造の変化を引き起こす。これらの機械的操作は、金属の加工と呼ばれることもある。金属の加工は、隣接する粒子が近隣の粒子に強く拘束されている場合に、粒界の強化を引き起こす。金属の加工が過剰になると、粒子が互いに滑り落ち、滑り帯または滑り面と呼ばれるものが生じる、粒界での崩壊が結果的に生じる。粒子間のこの滑りおよび分離は、電流パルスの加熱効果を増加させることによって、疲労プロセスを加速する電気抵抗の局部的増加をもたらす。滑り帯の形成は、疲労亀裂が最初に開始されたところである。
【００４５】
本発明者らは、ヒューズ素子２１８、２２０を形成するために、金属を打ち抜く、または穴をあける製造方法が、弱い箇所２４１を形成する打ち抜きプロセスがせん断および引き裂きの機械的なプロセスであるために、ヒューズ素子の弱い箇所２４１のすべての打ち抜かれた縁部に局所的な滑り帯を生じさせる。この引き裂きプロセスは、多くの滑り帯領域を有する弱い箇所２４１に予め応力を加える。滑り帯および疲労亀裂は、熱の影響により記載された座屈と相まって、最終的に、電気的故障状況と無関係である弱い箇所２４１の時ならぬ構造破損をもたらす。電力システム内の問題のある電気状態に関係しないこのような早期破壊モードは、ヒューズの厄介な動作と呼ばれることがある。一旦ヒューズ素子２１８、２２０が故障すると、ヒューズに接続された回路は、ヒューズが交換されるまで再び動作しないので、そのような厄介な動作を回避することは、ＥＶ製造業者および消費者の両方の観点から、ＥＶ電力システムで非常に望ましい。したがって、実際ＥＶ車両および電力システムへの関心が高まるにつれて、ヒューズ疲労およびヒューズの関連故障の影響は、車両設計での負の重要品質（ＣＴＱ）属性であるとみなされる。
【００４６】
打ち抜かれた金属ヒューズ素子２１８、２２０を有するＥＶ電力システムおよびヒューズ２００の文脈で説明されているが、正常なヒューズサービスのジュール効果加熱および極端な温度スイングへの露出の両方からの熱機械的循環による磨耗感受性は、ＥＶ電力システムまたは記載されている特定のヒューズまたはヒューズ素子に必ずしも固有である必要はない。より高い電圧の電力ヒューズのためのヒューズ素子のほとんどすべての種類は、比較的脆弱な設計の１つ以上の弱い箇所で形成されたヒューズ素子と、上述の疲労問題に脆弱になるような小さな電流を流す横断面とを含む。ヒューズ素子の疲労状態または状況を監視および評価し、疲労したヒューズが故障する前に交換することによって、厄介なヒューズの抵抗を回避するためのヒューズ付き電力システムの積極的な管理を容易にすることができるシステムを提供することが望ましい。
【００４７】
以下に詳細に説明するように、ヒューズ疲労監視システムは、動作電力システム内のヒューズ素子の電気抵抗を決定し、電力システムにおけるヒューズ素子の疲労状態を経時的に評価するために、機械的ひずみの累積を決定することができる。このように、ヒューズ素子の疲労度を監視し、測定し、計算して、本発明のシステムにおけるヒューズの概算残存耐用年数を予測することができる。このようなシステムは、状態情報または警告情報を提供して、その結果、疲労に煩わされているヒューズが、厄介な動作で破損する前に交換され得る。電力システムの電気負荷が最も影響を受けていないときに、電力システム管理者が特定されたヒューズを積極的に交換することができるように、そのような情報を考慮して都合のよい予定時刻に交換が行われることがある。
【００４８】
図７の抵抗対時間プロット３００に示すように、上述のヒューズ２００を含むがこれに限定されないヒューズは、疲労プロセスのために使用中に老化するのを見ることができる。すなわち、時間の経過とともに、ヒューズ素子は、上述したような加熱周期からの機械的ひずみを累積する。ヒューズ素子（複数）内の機械的ひずみは、金属粒子が働いて再配向されているヒューズ素子の弱い箇所に最も集中する。上述したように、この結晶粒組織の作用は、最終的に、粒界での崩壊および粒子間の滑り帯の進行をもたらす。滑り帯の形成は、ひいては、上述したように、ひび割れの形成およびヒューズ素子内の（複数の）損傷を最終的にもたらす。
【００４９】
この疲労プロセスが進行すると、図７のプロット３００に見るように、弱い箇所の機械的損傷のためにヒューズ素子の電気抵抗が増加する。この抵抗の増加は、各電流負荷周期に熱を加え始め、その結果、ヒューズ疲労による老化または摩耗が加速される。ヒューズが電気的に老化すると、最初に製造された抵抗測定値が増加し始める。サービス露出のレベルに応じて、この抵抗の増加は、典型的には、図７に示すプロット３００の第１の段階３０２で明らかなように、非常に小さく、非常に遅い。初期段階３０２におけるヒューズサービスの初期の寿命では、ヒューズの抵抗の変化は実際には認識できず、システムノイズおよび測定誤差によって隠される。しかしながら最終的には、抵抗は第１の段階３０２でも確実に検出できるレベルに変化し、第１の段階３０２では、疲労プロセスが続くにつれて抵抗が薄紙をはぐように増加し続ける。示されている例では、ヒューズは、約２５年間、第１の段階３０２に留まることができる。
【００５０】
しかしながら、最終的には、例示されたヒューズ素子のヒューズ寿命内の約２５年で、ヒューズ素子の疲労は第１の段階３０２を離れ、抵抗がより迅速に変化し始めるプロット３００に見られる遷移段階３０４に入る。これは、ヒューズ素子の疲労が、その影響が加速している点まで進んでいることを示している。この段階３０４で疲労プロセスが進行し続けると、ヒューズ素子の電気抵抗は、現在実現し始めている弱い箇所の機械的損傷に起因して増加する。抵抗の増加は、各電流負荷周期における弱い箇所が受ける熱を増加させ、その結果、ヒューズの老化または摩耗がより早い速度で加速するようにする。遷移段階３０４では、抵抗の変化が非線形であることが分かる。この遷移段階３０４では、抵抗の変化は、第１の段階３０２よりも容易に検出される。しかしながら、遷移段階３０４は、この段階が検出されると、ヒューズの耐用年数が依然として残るように、延長された時間続くことができる。図７の例では、遷移段階３０４は約５年間持続することが分かる。
【００５１】
遷移段階３０４の終わりに、疲労の第３および最終段階３０６に入り、ヒューズの抵抗が短期間にわたって抵抗の急な変化に入る。この最終段階は、ヒューズ素子の亀裂が存在し、電流の流れに対する弱い箇所の断面積が急速に減少していることを示し、その結果、弱い箇所における熱集中がより一層高くなる。ヒューズ素子はこの状態で長く持続することはなく、最初に交換されなければ、ヒューズ素子は第３の段階３０６に達した直後に破断する。
【００５２】
ヒューズ素子が疲労すること、および弱い箇所でのヒューズ素子の機械的劣化を知ることは、ヒューズが段階３０２および３０４を介して段階３０６に進むにつれて、経時的に抵抗が著しく増加することを示し、ヒューズの抵抗を経時的に測定することにより、本発明の疲労監視システムは動作中のヒューズ疲労状態を評価することができる。図７に示すものと同様のプロットは、必ずしもＥＶ用の電力システムでなくてもよい電力システム内のヒューズの予想加熱周期数を考慮すると、経験的に決定される、またはそうでなければ計算され得る。
【００５３】
本発明の考えられるシステムでは、ヒューズの抵抗の測定は、以下でさらに説明するように、ヒューズ素子を横切って既知の電流を注入することによって正確に行うことができる。すなわち、システムは、使用中にヒューズの抵抗を測定し、抵抗の変化を評価し、抵抗の変化に基づいて、ヒューズの残存耐用年数を推定または計算するアルゴリズムを開発することができる。特定の種類の電力システムでは、使用中にヒューズの抵抗を測定することが困難であり、および／または実用的ではない場合があり、その場合、以下に説明する疲労の観点からヒューズの寿命を予測する別の方法を利用することができる。
【００５４】
図８は、第１の例示的なシステム３５０と、任意の時点におけるヒューズの抵抗を検知し、その結果として、本発明の考えられる実施形態による電力システム内のライン側回路３５４と負荷側回路３５６との間に接続されている上述のヒューズ２００であってもよいヒューズ３５２を流れる電流を検知する技術を示している。電圧Ｖ検知は、ヒューズ素子の抵抗が決定されることを可能にするヒューズ３５２の両端に直接導出され、次いで同様に電流Ｉ検知が決定される。抵抗決定および電流検知能力は、システム３００における高度なヒューズ状態機能、ヒューズの異常検出、およびアラームなどを容易にする。
【００５５】
電流Ｉ検知を決定するためにヒューズ３５２の両端で直接電圧Ｖ検知を検知することは、補償回路３６０によって対処される複雑さを持ち込む。具体的には、すべてのヒューズ素子と同様のヒューズ３５２内のヒューズ素子は、ヒューズ３５２内のヒューズ素子の抵抗が使用中一定ではないので、電流Ｉ検知を計算するためにオームの法則の単純かつ直接の適用を不可能にする非線形抵抗を提示する。
【００５６】
それゆえに、補償回路３６０は、ヒューズの抵抗内の変動を考慮に入れるために定期的な間隔でヒューズ素子抵抗を測定するコントローラ３６２を含んでもよい。その代わりに、コントローラ３６２は、すべての実施形態で補償回路３６０自体の一部である必要はなく、代わりにコントローラ３６２を別個に設けてもよい。いくつかの実施形態では、電圧Ｖ検知は、以下に説明するように、電流Ｉ検知を計算する別の任意のコントローラ３６４に入力されてもよい。しかしながら、図示されたコントローラ３６２、３６４の機能性は、必要に応じて単一のコントローラに組み合わされ得ることが理解される。
【００５７】
コントローラ３６２および／または３６４は、プロセッサベースの制御装置であってもよい。本明細書で使用されるように、用語「プロセッサベースの」は、プロセッサまたはマイクロプロセッサを含むコントローラ装置を参照するだけでなく、マイコン、プログラマブルロジックコントローラ、縮小命令セット（ＲＩＳＣ）回路、特定用途向け集積回路および他のプログラマブル回路、論理回路、それらの等価物、および以下に説明する機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサなどの他の同等の素子も参照する。上に列挙したプロセッサベースの装置は単なる例示であり、決して「プロセッサベースの」という用語の定義および／または意味を限定することを意図するものではない。
【００５８】
図８に示す技術は、すべての電気ヒューズと同様に、ヒューズ３５２が本質的に較正された抵抗であることを認識する。抵抗が動作中に電圧を降下させるので、ヒューズ３５２内のヒューズ素子の抵抗を知り（コントローラ３６２、３６４のうちの１つによって決定されて）、および電圧Ｖ検知を知ることによって、電流Ｉ検知は、オームの法則から導出された関係を使用して計算することができ、比較的小さく費用効果の高い電流検知システムを達成する。図８に示され、また図９の例示的な実装形態で以下にさらに説明される電流検知技術は、実用的にどのタイプのヒューズにも有利な効果を伴って適用することができる。
【００５９】
考えられる実施形態では、ヒューズ素子の非線形応答を正確な電流の読みに変換するのにアルゴリズムを使用する。次いで、固有の非線形ヒューズ係数は、例えば、ＲＦＩＤタグまたはバーコードラベルで個々のヒューズ３５２の上または中に符号化することができる。また、以下に述べるように、代替的に、ヒューズリーダは、ヒューズホルダのハウジング、または、時には基部とも呼ばれる、電流監視エレクトロニクスと一緒に切断スイッチのハウジングに一体化されてもよい。ヒューズ３５２は、電流監視式に非線形抵抗態様を導入するので、非線形ヒューズの抵抗を補償するためのアルゴリズムと一緒に電子式回路支援検知または取得が提案される。
【００６０】
システム３５０によって監視されている各ヒューズは、それ自体の固有で個々の変数および特性を有することができるので、これらの固有の変数および特性を符号化する方式は、抵抗電圧を抵抗および／または電流測定に適切かつ正確に変換するために必要であり得る。符号化方式は、ＲＦＩＤタグ化および／またはバーコードラベル化などを含むことができる。図８に示す提案されたコンセプトは、以下の例に図示するように、直流電流（ＤＣ）および交流電流（ＡＣ）両方の検知および測定に使用できることを理解されたい。
【００６１】
当業者は、提案された電子回路が、電力システムのシステム電圧を電子機器から絶縁するための適切な絶縁方式を必要とすることを理解するであろう。いったん決定されると、電流データは、例えば光または無線通信システムを介して遠隔地に送信することができるが、必要であれば他のタイプの通信も可能である。
【００６２】
図９は、本発明の一実施形態によるヒューズ素子の抵抗を決定し、それにより電流検知を容易にするための、より特定のシステム３８０および技術の部分回路図である。
【００６３】
図９に示すように、ライン側回路３５４は、ヒューズ素子を含むヒューズ３５２に電流入力Ｉｄｃを送り込む。回路３６０は、図８に示すように、ヒューズ素子と電気的並列に接続され、回路３６０は、プリセット周波数でＡＣ電流注入Ｉａｃを注入する電流源３８２を含む。オームの法則を適用して、次の関係が適用される：
【００６４】
【数１】
2019526784.tif 000003
【００６５】
【数２】
2019526784.tif 000004
【００６６】
ヒューズ素子３５２を流れる電流は、ＩｄｃとＩａｃとの和であり、ヒューズ素子３５２の両端の検知電圧は、ＶａｃとＶｄｃとの和である。図９に示すように、検知電圧は、電圧Ｖａｃを得るためにハイパスフィルタを通すことができる。ＶａｃとＩａｃとの両方が分かっているので、ここでＲヒューズをできる。Ｒヒューズが分かれば、Ｖｄｃが分かっているので、Ｉｄｃを計算することができる。相関関係および計算は、ヒューズ素子の非線形抵抗挙動を経時的に考慮するために任意の所望の時間間隔で繰り返してもよい。抵抗および電流が決定される例示的な技術が図９に示されているが、他の回路配置が、上記で参照した米国特許出願第１４／８０３，３１５号に示され、かつ、記載され、同様に利用されてもよい。
【００６７】
システム３８０は、特定の抵抗および相関した電流を経時的に決定することにより、時間の経過とともに抵抗の変化を検出し、ヒューズ疲労を評価するために、抵抗と電流のデータを以前決定された抵抗と電流のデータと比較したり、抵抗と電流のデータを所定のベースラインと比較したりすることができる。例えば、図９に関連して上述したようにヒューズ疲労が進行するにつれて、同一の（またはほぼ同一の）電流レベルで示される決定された抵抗は、検出され、かつ、評価される得る手法で時間の経過とともに増加する。ヒューズの抵抗における検出された変化の大きさに基づいて、ヒューズの耐用年数は、上述のように推定または予測されてもよい。例えば、経時的に検出された抵抗の変化率に基づいて、コントローラ３６２または３６４は、図７に示すプロットにおいて、ヒューズ素子が第１の段階３０２、第２の段階３０４、または最終段階３０６にあるか否かを推察することができる。第１の段階３０２では、システム３８０は、もしあれば、評価された疲労のレベルに関する情報を提供することができる。システム３００は、第２の段階３０４のどこかで、段階３０６に入る前にヒューズが積極的に交換される十分な機会を与えるために、推定残存耐用年数とともにヒューズ３５２の疲労状態に対して彼らに警告する電力システム要員に警告または通知を提供することができる。
【００６８】
説明されたシステム３５０、３８０および方法は、実装が最も簡単であり、比較的安定した電流負荷を有する電力システムではより正確であるが、図１に示されているもののようなランダムタイプの周期的な電流パルスプロファイルを有するＥＶ電力システムではより困難である。それでもなお、システム３５０、３８０および方法は、ＥＶ電力システムにおけるヒューズ疲労状態の何らかの評価および表示を提供するために有用であり得る。システム３５０、３８０によって収集されたデータは、アルゴリズムを精緻化して抵抗および疲労評価の精度を高め、監視されているヒューズの関連する予測されるサービス残量を増加させるために有益に使用され得る。
【００６９】
ヒューズ素子の疲労を評価するための抵抗を監視する図７〜図９に示す技術の代替として、図１０〜図１３に関連して次に説明するように、耐用年数作用を報告するためにヒューズ素子の弱い箇所のひずみ累積を監視するためのアルゴリズムが開発され得る。
【００７０】
図１０は、ヒューズ疲労の影響を示す例示的なひずみ対周期プロットを示している。ヒューズ素子の弱い箇所におけるひずみ累積は、ヒューズ素子に課される電流および熱パルスまたは周期の大きさおよび頻度に直接関係する。既知の関係を用いて、この機械的ひずみは、電流周期事象中の弱い箇所のジュール加熱から計算することができる。これらのひずみ測定値は、金属の既知の疲労曲線と比較して、故障周期数を予測することができる。これは、説明したシステム３５０、３８０と同様のシステムで実施することができ、コントローラは、電流周期を監視し、周期と関連するひずみを計算して比較および耐用年数の推定または予測を行う。
【００７１】
図１０の例のプロットでは、銀ヒューズ素子について疲労曲線４００を描いている。縦軸にひずみを描き、横軸に周期数を描いている。プロットの第１の領域４０２では、ヒューズ素子は弾性ひずみを示すが、複数の熱周期の後、一般に非弾性ひずみを示す第２の領域４０４が見られる。非弾性ひずみは、高度なヒューズ疲労の兆候である。第２の領域４０４でほぼ１００％の垂直ひずみに向かって周期数が増加するにつれて、ヒューズ素子は急激に故障点まで劣化する。したがって、システム３５０、３８０のような本発明のシステムは、複数の周期にわたるひずみの変化を監視し、かつ、ヒューズ内の疲労および残存耐用年数の状態を、図１０に示されるような既知のプロットと比較することによって、あるいはヒューズ素子が疲労の第１の段階４０２または第２の段階４０４にあるか否かを推察するために、経時的なひずみの変化率を評価することによって、推定することができる。
【００７２】
図１０に示されているようなプロットは、様々な金属または金属合金で作られたヒューズ素子について、およびヒューズ素子の異なる幾何学的形状についても計算または経験的に判定することができる。ひずみ測定は、本発明のシステムによって、金属の既知の疲労曲線と比較して、故障周期数を予測することができる。具体的には、システム３５０、３８０のようなシステムでは、コントローラ３６２または３６４は、ヒューズ素子がヒューズ疲労の第１の段階４０２または第２の段階４０４にあるか否かを推察するために、ひずみ測定値を取り、それらを評価することができる。第１の段階４０２では、システム３５０、３８０は、もしあれば、評価された疲労のレベルに関する情報を提供することができる。システム３５０、３８０は、第２の段階４０４のどこかで、事前疲労により故障する前にヒューズが積極的に交換される十分な機会を与えるために、推定残存耐用年数とともにヒューズ３５２の疲労状態に対して彼らに警告する電力システム要員に警告または通知を提供することができる。このひずみ測定技術は、システムにある程度の冗長性を提供するために、場合によっては上述の抵抗測定技術と組み合わせることができる。
【００７３】
図１１は、システム３５０、３８０と同様のシステムで利用できるヒューズ素子の疲労を評価するさらに別の技術を示すための例示的な電流対時間プロットを示している。図１１に示すように、監視されているヒューズ（上述のヒューズ２００であってもよい）については、約１５０Ａ未満の電流において、電流ひずみは無視できると考えられる一方で、約１５０Ａを超える場合はひずみは無視できない。さらに、それぞれのピーク電流が示された電流プロファイルにわたってカウントされるアンペア数の異なる領域またはゾーンを識別する電流の帯域または範囲が約１５０Ａを超えて描かれている。図１の例では、帯域は、１５０Ａ〜２００Ａ、２００Ａ〜２５０Ａ、２５０Ａ〜３００Ａ、３５０Ａ〜４００Ａ、４５０Ａ〜５００Ａ、５００Ａ〜５５０Ａ、および５５０Ａ〜６００Ａに対応する。ＥＶ電力システムによって生成され得るパルス電流プロファイルに沿って、各帯域におけるそれぞれのピーク電流は、図１１に示されている期間にわたって１１、８、４、１、５、１、２、２、および７であることが分かる。各ゾーンの各ピーク電流は、既知の関係に従って計算することができるひずみの量を表しているので、各ピークに対応するひずみを累積して、ヒューズ素子が各ピーク電流周期および／または推定残存耐用年数を経験する疲労の量を推定することができる。上述したシステム３５０、３８０と同様のシステムにおけるヒューズ電流を監視するためにアルゴリズムを開発することができ、コントローラ３６２、３６４のうちの１つが、耐用年数作用を報告するためのひずみ累積を計算することができる。この技術は、行われた疲労評価に対するある程度の冗長性について、場合によっては、上述の抵抗測定技術と組み合わせることができる。いずれにしても、ひずみの計算が各ピーク電流事象に対して行われると、ヒューズの残存耐用年数を予測する目的で、合計累積損傷をマイナーの法則で表すことができる。
【００７４】
マイナーの法則は、疲労によって引き起こされた故障の最も一般的に使用される累積損傷モデルの１つである。これは１９４５年にＭ．Ａ．Ｍｉｎｅｒによって普及されたので、「マイナーの法則」と呼ばれている。マイナーの法則は、おそらく最も単純な累積損傷モデルであり、計算を行い、疲労状態および／または予測耐用年数の所望の出力を提供するコントローラ３６２または３６４で説明したシステム３５０、３８０のようなシステムに容易に実装することができる。マイナーの法則によれば、ｋ個の異なる応力レベルが存在し、ｉ番目の応力Ｓｉにおける平均故障周期数がＮｉである場合、損傷割合Ｃは次の関係に従うと述べており、
【００７５】
【数３】
2019526784.tif 000005
【００７６】
ｎｉは応力Ｓｉで累積された周期数であり、Ｃは異なる応力レベルで周期に露出されることによって消費される寿命の割合である。
【００７７】
一般に、損傷割合Ｃが１．０に達すると、疲労によりヒューズ素子の故障が発生する。一般的な法則として、疲労の影響下での金属の長い耐用年数を維持するためには、Ｃを可能な限り小さく保つことが有益である。換言すれば、Ｃを１に近づけないようにする努力は、高い寿命信頼性を保証する。数学的に表現すると、以下の関係が適用され、本発明のシステムから収集されたデータに基づいて設計素子を最適化するために利用されてもよい。
【００７８】
【数４】
2019526784.tif 000006
【００７９】
特定の駆動周期に応答して、上述したヒューズ２００などのヒューズに対するマイナーの法則の適用は、以下の表の例のように表にすることができる。上述のピーク電流およびゾーンは、既知の関係を使用して計算されたひずみの量を個々に作成するように計算される。各ピーク電流レベルについての故障周期数も計算され、示される。次いで、システム内のコントローラ３６２または３６４は、各ゾーン内の電流周期数をカウントし、周期数を故障した周期数で割って、これらの周期からの累積損傷成分を決定する。異なるゾーンの損傷成分を累積して、すべてのゾーンの電流周期から損傷の合計を評価することができる。
【００８０】
例えば、ＥＶの駐車位置の事象からのひずみは、以下の表の第１の行に示されている。この電流ゾーンから故障までの周期数は４１９，９２３である。コントローラは、駐車位置の事象の３６，０００周期をカウントしているため、損傷成分は、３６，０００／４１９，９３２または０．０８５７である。後続の５行について、対応する損傷計算は事実上ゼロであり、最後の３行についての計算はゼロではない。累積された損傷の合計は０．２１３９であることが分かり、予想される耐用年数の約２１％が消費されており、予想される耐用年数の約７９％が残っていることが示されている。表に示されたデータは、予想される電流負荷を考慮して、時間の経過とともに累積損傷をできるだけ低く、かつ、ヒューズ素子が疲労により故障するときには１．０より大きく維持するために、動作中システムによって収集されたデータに基づいて、ヒューズ素子の可能な性能改善および再設計について分析することができる。
【００８１】
【表１】
2019526784.tif 000007
【００８２】
上の表に示された技術は、システムコントローラ３６２または３６４が、任意の所望の時間に評価された疲労のレベルに関する情報を提供することを可能にする。システム３５０、３８０は、１．０未満の所定の累積損傷閾値（例えば、累積された損傷が約０．８０であるか、または耐用年数の約８０％が消費された場合など）のどこかで、電力システム要員に警告または通知を提供することができる。この通知は、事前疲労により故障する前にヒューズが積極的に交換される十分な機会を与えるために、推定残存耐用年数とともにヒューズ３５２の疲労状態に対して要員に警告することができる。この累積された損傷評価技術は、システムにある程度の冗長性を提供するために、場合によっては上述の抵抗測定技術およびひずみ測定技術と組み合わせることができる。記載されたパラメータ（例えば、抵抗、ひずみまたは累積された疲労損傷）を使用して、２つ以上の疲労評価が利用される実施形態では、結果を確認するために結果を互いに比較することができ、および／または疲労評価のうちの１つが別のものと矛盾するときのエラー状態を検出することができる。
【００８３】
図１２および図１３に示されているように、ヒューズ寿命の最後の２０秒などの所定の時間窓は、システム３００などのシステムに連続的に記録されてもよい。窓内の電流データは、コントローラ３６２、３６４のうちの１つによって記憶される。いつでも、このデータを取得し、コントローラによって他の装置に通信することができる。以下に説明する技術と同様の技術を使用して、疲労および／またはひずみについて、そのような窓内に記録されたデータを分析するアルゴリズムを開発することができる。上述したシステムと同様に、疲労状態に関する通知を送り、電力システムの積極的な管理を容易にし、疲労によるヒューズの開放を回避することができる。前述の実施形態と同様に、通知は、消費耐用年数および／または残存耐用年数に関する情報を含むことができる。
【００８４】
図１３に示すように、本発明のシステムは、疲労状態を検出し、それを通信することに加えて、故障の種類も検出することができる。図１３の左側の第１の窓は、ヒューズ素子が無傷で電流ピークに耐える正常な動作状態を示し、図１２に示す窓と同様に、システムコントローラ３６２または３６４は、窓内に収集されたデータに基づいて、疲労状態を評価することができる。図１３の第２のまたは中央の窓は、本発明のシステムにおけるコントローラ３６２、３６４のうちの１つによって認識され得る短絡状態を示している。図１３の右側の第３の窓は、本発明のシステムにおけるコントローラ３６２、３６４のうちの１つによって認識され得る過負荷状態を示している。第２のおよび第３の窓内の条件のいずれかが、ヒューズを開いて負荷側回路を保護させるので、それぞれの記録された窓に基づくコントローラ３６２、３６４のうちの１つは、その原因が、短絡状態にあったのか、または記録されたヒューズ寿命の最後の２０秒に基づく過負荷状態にあったのかを推察することができる。それゆえに、システムは、ヒューズが開かれただけでなく、電力システム管理者が適切な処置をとるために開放の原因についても警告および通知を送信することができる。
【００８５】
図１２および図１３に示されている技術を用いて、ヒューズの動作またはヒューズの開放の前にヒューズ電流の最後の秒または分を監視するアルゴリズムを開発することができる。ループメモリキャッシュは、故障電流事象を記録してもよい。電流利用について回路状態を得るために、システム内のメモリをいつでも読み取ることができる。故障事象が発生すると、アルゴリズムはヒューズの開放を検知し、実際の故障画像またはデータの記録を保存するためにメモリループを停止する。疲労状態、回路電流、または故障電流は、いくつかの通信方式のうちの１つによっていつでも取り出すことができる。その数が既知である無線通信方法は、物理的な配線の欠如よる最も便利な方法を提供する。無線通信は、例えば、適切なプロトコルを使用するデータ検索および通信のためのＲＦＩＤ、ＷＩＦＩ、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信方式を使用して確立することができる。
【００８６】
図１４は、本発明のある一実施形態による第１の例示的なヒューズ疲労評価システム５００を概略的に表す。システム５００は、ヒューズ素子を含むヒューズ３５２と、ヒューズハウジング５０２内のヒューズ素子と並列に接続された回路３６０とを含む。ヒューズハウジング５０２には、ライン側回路３５４および負荷側回路３５６との電気接続を確立するためのヒューズ端子Ｔ１およびＴ２が設けられている。
【００８７】
ヒューズ素子は、上述したヒューズ素子２１８、２２０を含むが、これに限定されない任意の構造的形状および所望の構成で提供されてもよく、所望の任意の過電流状態に応答して開くように設計されてもよい。ハウジング５０２は同様に、円柱形状および長方形形状を含むが、必ずしもこれらに限定されない所望の任意の形状で提供されてもよく、上記のような、またはそうでなければ当技術分野で既知であるような消弧媒体で充填されてもよい。ヒューズ端子Ｔ１およびＴ２は、エンドキャップまたはフェルール、ナイフブレード接点、または端子ブレードを含むが、必ずしもそれらに限定されない任意の既知のヒューズ端子形状および構成であってもよい。いくつかの考えられる実施形態では、ヒューズ３５２は、長方形のハウジングおよび長方形のハウジングの共通の側面から突出した端子ブレードを有する、Ｅａｔｏｎ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）によるバスマン（Ｂｕｓｓｍａｎｎ）製ＣＵＢＥＦｕｓｅ（登録商標）モジュールヒューズとして構成されてもよい。とにかく、図１４に示すように、補償回路３６０はヒューズ構造内に埋め込まれている。すなわち、上述したような回路３６０および電子機器はヒューズハウジング５０２の内部にあり、それゆえにヒューズに内蔵されている。
【００８８】
読取装置５０４は、システム５００内に別個に設けられた装置として示されている。読取装置５０４は、いくつかの実施形態では携帯型装置であってもよく、または他の実施形態では据え付けで取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、読取装置５０４はハンドヘルド装置であってもよい。読取装置５０４は、プロセッサベースの装置であってもよく、検知電圧情報または上述の手法で検知された電流を分析または計算するために必要な他のデータを受け取るために回路３６０と無線通信してもよい。回路３６０と読取装置５０４との間の無線通信は、大きな電力システムにおいて有益であるが、すべての場合において厳密に必要なわけではなく、代わりに、必要ならばヒューズ３５２内の接続ポートおよび端子を介して、読取装置５０４は回路３６０に配線接続されてもよい。
【００８９】
考えられる実施形態における読取装置５０４は、ＲＦＩＤ読取または質問器装置として構成されてもよい。そのような実施形態では、情報が回路３６０内の対応するＲＦＩＤ素子から得られると、上述した疲労評価を行うための抵抗および電流は、読取装置５０４によって計算することができ、あるいは抵抗または電流がヒューズ３５２に埋め込まれた電子機器内で計算される実施形態では、計算された抵抗または電流を単純に読取装置５０４に通信することができる。
【００９０】
前述したように、ヒューズ３５２には、ヒューズ３５２のハウジング５０２上にＲＦＩＤラベルまたはバーコードラベル５０６を設けることができる。ラベル５０６は、読取装置５０４に通信される符号化された情報を含んでもよい。それゆえに、読取装置５０４は、ヒューズの素子と通信する複数の手段を含む多機能装置であってもよい。ＲＦＩＤラベルまたはバーコードラベルは、ヒューズ３５２の識別情報、ヒューズ３５２の定格情報、および上述の疲労評価を行うことを可能にする抵抗または検知電流の計算を容易にする符号化された情報を含んでもよい。読取装置５０４は、抵抗および電流を計算するために使用する複数の所定のアルゴリズムのうちのどれを使用するかを知ることができ、読取装置はまた、アルゴリズムで使用するためのヒューズ３５２に固有であり得る任意の係数を得てもよい。そのようなシナリオでは、読取装置５０４は、異なるタイプのヒューズを区別し、検知電流を計算するために様々な所定のアルゴリズムのうちの１つを選択することができるインテリジェント装置である。
【００９１】
一度得られると、計算された電流および疲労評価を含めて、読取装置５０４によって得られた情報は、任意の所望の通信ネットワークを介して遠隔装置５０８にさらに通信することができる。遠隔装置５０８は、電力システムおよび任意の関連プロセスの監視および監視を容易にすることができる。遠隔装置５０８は、例えば、当業者に理解されるように、車両制御システムの一部、または工業設備およびプロセスの態様を監視する監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システムの一部であってもよい。
【００９２】
いくつかの実施形態では、読取装置５０４は計算を行うのに必要な情報のみを供給して、必要ならば遠隔地での遠隔装置５０８によって検知された電流および評価された疲労を実際に計算または決定することができることが理解される。読取装置５０４での精巧さおよび複雑さの異なる程度を、異なるコストで提案してシステム５００に提供することができる。
【００９３】
図１５は、本発明の別の実施形態による第２の例示的なヒューズ疲労評価システム５５０を概略的に示す。システム５５０は、ライン側および負荷側回路３５４、３５６への電気接続を構造的に確立するようにそれぞれ構成された端子Ｔ１ＨおよびＴ２Ｈを備えたハウジング５５４を含むヒューズホルダまたはヒューズブロック５５２を含む。ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆは、ライン側回路と負荷側回路との間の電気接続が、ヒューズ素子を通して確立されるように、ヒューズホルダまたはヒューズブロック５５２の端子Ｔ１ＨおよびＴ２Ｈと構造的に嵌合するように構成される。
【００９４】
システム５００（図１４）とは異なり、回路３６０は、ヒューズ３５２のハウジング５０２内には設けられず、代わりにヒューズホルダまたはヒューズブロック５５２のハウジング５５４の上または中に設けられる。そのように、この実施形態の回路３６０は、ヒューズ３５２の代わりにヒューズブロック５５２内に埋め込まれている。しかしながら、回路３６０の動作は同じままで、上述した技術を使用して疲労評価を提供するために、ラベル５０６および読取装置５０８が同様の効果を有して上述のように設けられてもよい。
【００９５】
システム５００において上述したように回路３６０がヒューズ３５２内に埋め込まれている代替の実施形態では、読取装置５０８をヒューズブロックまたはハウジング５５２に埋め込むことができる。
【００９６】
ヒューズホルダまたはヒューズブロックハウジング５５４には、複数セットのヒューズ３５２をヒューズハウジングまたはヒューズブロック５５２内に収容できるように、複数セットの端子Ｔ１ＨおよびＴ２Ｈが設けられてもよい。ハウジング５５４は、単一部品内または複数部品内に設けられてもよく、互いに取り付けられるモジュール部品内に設けられてもよい。ハウジング５５４は、オープンスタイルのヒューズブロックとして構成されてもよく、または必要に応じてヒューズ３５２を部分的にまたは完全に囲んでもよい。
【００９７】
ハウジング５５４に設けられた端子Ｔ１ＨおよびＴ２Ｈは、ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆを受け入れ、かつ、保持するように構造的に構成された弾性ばねクリップを含んでもよい。ヒューズ端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆは、エンドキャップまたはフェルール、ナイフブレード接点、または端子ブレードを含むが、必ずしもそれらに限定されない任意の形状および構造的構成で設けられてもよい。それゆえに、ヒューズホルダまたはヒューズブロックハウジング上の端子Ｔ１ＨおよびＴ２Ｈは、ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆと嵌合するように変えられてもよい。ヒューズ拒絶機能は、ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆに内蔵されてもよく、および／または互換性のないヒューズの取り付けを防止するためにハウジング５５４に組み込まれてもよい。
【００９８】
ハウジング５５４上に設けられた端子Ｔ１ＨおよびＴ２Ｈはまた、ボックスラグ、ばねクランプ、もしくはヒューズブロックまたはハウジング５５２へのラインおよび負荷側電気接続を確立するために利用されるワイヤの端部を受け入れ、かつ、保持するように構成された他の端子などの端子機能を含む。代わりに、パネルマウントクリップなど、ならびにラインおよび負荷回路３５４、３５６への機械的および電気接続を確立するための別の端子構造を設けてもよい。
【００９９】
図１６は、本発明のある実施形態による第３の例示的なヒューズ疲労評価システム６００を概略的に示す。システム６００は、ライン側および負荷側回路３５４、３５６への電気接続を構造的に確立するようにそれぞれ構成された端子Ｔ１ＬおよびＴ２Ｌを備えたハウジングまたは基部６０４を含む可溶式断路スイッチ装置６０２を含む。スイッチ６０６がハウジングまたは基部６０４に設けられており、それは断路スイッチ装置６０２を通る電流経路を形成または遮断するために選択的に開閉されてもよく、ヒューズ３５２が取り付けられ、かつ、スイッチ６０６が閉じられると、ヒューズ３５２のヒューズ素子はラインおよび負荷側回路３５４、３５６の間の電気接続を完成する。基部６０４は、いくつかの実施形態では、Ｅａｔｏｎ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）製のＢｕｓｓｍａｎｎのコンパクトサーキットプロテクター（ＣＣＰ）として構成されてもよい。図１５の回路図から分かるように、断路スイッチ装置６０２はインライン回路遮断器を含まず、それゆえに、従来のインライン回路遮断器およびヒューズの組み合わせよりも小さい。
【０１００】
ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆは、ヒューズ３５２内のヒューズ素子を通して電気接続が確立されるように、基部６０４の相補端子と構造的に嵌合するように構成される。基部６０４の相補端子は、ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆを受け入れ、かつ、保持するように構造的に構成された弾性ばねグクリップを含んでもよい。ヒューズ端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆは、エンドキャップまたはフェルール、ナイフブレード接点、または端子ブレードを含むが、必ずしもそれらに限定されない任意の形状および構造的構成で設けられてもよい。それゆえに、ヒューズホルダまたはヒューズブロックハウジング上の相補端子は、ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆと嵌合するように変えられてもよい。ヒューズ拒絶機能は、ヒューズ３５２の端子Ｔ１ＦおよびＴ２Ｆに内蔵されてもよく、および／または互換性のないヒューズの取り付けを防止するためにハウジング６０４に組み込まれてもよい。ヒューズ３５２が取り付けられると、スイッチ６０６は、ヒューズ素子を通して、そしてライン側および負荷側回路３５４、３５６の間の電気接続を接続または切断するように動作することができる。そのようにして、スイッチ６０６は、ヒューズ３５２が所定の位置に留まる間、装置６０２を通る回路経路の接続および切断を提供する。
【０１０１】
図１６に示す実施形態では、回路３６０は、ヒューズ３５２のハウジング５０２内に設けられていないが、代わりに、スイッチ切断装置６０２の基部６０４の上または中に設けられている。そのようにして、この実施形態の回路３６０は、ヒューズ３５２の代わりに基部６０２に埋め込まれている。しかしながら、回路３６０の動作は同じままで、ラベル５０６および読取装置５０８が同様の効果を有して上述のように設けられてもよい。
【０１０２】
システム５００で上述のように回路３６０がヒューズ３５２内に埋め込まれている代替の実施形態では、読取装置５０４を基部６０４に埋め込むことができる。
【０１０３】
基部６０４には、複数セットのヒューズ３５２を収容することができるように、複数セットの端子が設けられてもよい。基部６０４は、単一部品内または複数部品内に設けられてもよく、互いに取り付けられるモジュール部品内に設けられてもよい。基部６０４は、必要に応じてヒューズ３５２を部分的にまたは完全に囲んでもよい。
【０１０４】
基部６０４上に設けられた端子Ｔ１ＬおよびＴ２Ｌはまた、ボックスラグ、ばねクランプ、もしくは断路スイッチ装置６０２へのラインおよび負荷側電気接続を確立するために利用されるワイヤの端部を受け入れ、かつ、保持するように構成された他の端子などの端子機能を含む。代わりに、パネルマウントクリップなど、ならびにラインおよび負荷回路３５４、３５６への機械的および電気接続を確立するための別の端子構造を設けてもよい。
【０１０５】
図１７は、図７〜図１５に示すヒューズ疲労評価技術およびシステムに関連する例示的なプロセス７００を示す方法フローチャートである。プロセス７００は、上述のような電気ヒューズ疲労評価システム、または異なる電力システムの特定のニーズを柔軟に満たすために、必要に応じて、または説明されているように、さらなる変化を実施するために電子的に実行することができる。プロセス７００は、上述したＥＶ電力システムの用途で特に望ましいが、ＥＶ電力システムの用途に限定されず、代わりに、ヒューズ疲労および上述の問題が実用的な関心事である任意の電力システムに拡張することができる。
【０１０６】
図１７の準備ステップに示すように、ヒューズがステップ７０２で提供され、コントローラがステップ７０４で提供される。上述したように、ステップ７０２で提供されたヒューズは、少なくとも１つの弱い箇所を含む幾何学的形状を画定する１つ以上の打ち抜かれた金属ヒューズ素子を含むことができ、ステップ７０４で提供されたコントローラは、上述のコントローラを含むことができる。考えられる実施形態では、コントローラはヒューズに内蔵されてもよく、そのため、ステップ７０２および７０４は、別々のステップではなく単一のステップで実施されてもよい。他の考えられる実施形態では、コントローラは、ヒューズホルダまたは切断スイッチに内蔵されてもよく、そのため、ステップ７０４は、ヒューズホルダまたはコントローラを含む切断スイッチを提供することを含み得る。しかしながら、さらに他の実施形態では、ステップ７０４で提供されたコントローラは、評価を容易にする別の手法で提供されてもよい。上記のように２つ以上のコントローラを含む実施形態では、ステップ７０４と同様の追加のステップが適切に実行される。そのように提供されるとき、供給されるコントローラまたはコントローラ（複数）は、少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータを、付勢された電力システムに、ステップ７０２で提供されたヒューズが接続されている間に、ある期間にわたって監視することができる。
【０１０７】
ステップ７０６に示すように、電流源を設け、電流をコントローラによって注入することができる。上述したような上述したような補償回路は、ヒューズの内部または外部に設けられてもよく、またヒューズを流れる電流を検出するように構成されてもよい。上述のような技術を使用して、コントローラは、電流源からのヒューズ素子を横切る注入電流に基づいて、ヒューズ素子の抵抗を測定するように構成することができる。場合によっては、抵抗測定を容易にするために、あるいはヒューズ素子の疲労問題を評価する能力を提供するために、ステップ７０８で表される任意の別個の電流センサ（または複数の電流センサ）を利用することもできる。したがって、電流注入技術および補償回路は、すべての実施形態で必ずしも必要とされない。
【０１０８】
ステップ７２０に示すように、コントローラは、ステップ７０２で提供されたヒューズ内のヒューズ素子の抵抗を決定するように構成される。そのような抵抗は、上述の技術を使用してヒューズ疲労の進行を示すことができる抵抗の変化を判定するために経時的に監視することができる。
【０１０９】
考えられる実施形態では、測定された抵抗は、ヒューズ素子の疲労の状態または状況を評価するために、ステップ７２２に示されるような期間にわたって監視されるヒューズ疲労パラメータとして利用される。具体的に、かつ、上述したように、いくつかの実施形態では、抵抗の測定された変化は、ステップ７２４によって表されるように、コントローラによる所定のヒューズ疲労抵抗プロットと比較することができる。監視されたヒューズ疲労パラメータ（例えば、監視された抵抗の変化）に基づいて、コントローラは、ステップ７２６に示すように、ヒューズ素子の消費耐用年数、またはステップ７２８に示すように、ヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つを決定するようにさらに構成される。
【０１１０】
消費耐用年数および／または残存耐用年数が決定されると、コントローラは、ステップ７３０に示すように、ヒューズ素子の消費耐用年数またはヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つに関する情報を通信することができる。寿命情報の通信は、上述した、または当該技術分野で既知であるような、任意の手法で通信することができる。特定のシステムでは無線通信が好ましいが、有線通信が他のものに優先される場合があり、一部のシステムでは、無線通信と有線通信との両方を利用して、冗長な通信モダリティを提供することができる。通知された寿命情報は、上述のように、疲労問題に起因するヒューズの厄介な種類の動作を回避するために、ステップ７３２に示すような警報または通知を生成することができる適切な宛先で受信する前に、あるコントローラから別のコントローラに（または１つの装置から別の装置に）に通信されてもよい。具体的には、情報の通信は、コントローラと通信する読取装置または遠隔装置を含むことができる。複数のコントローラを有する実施形態では、コントローラは、ステップ７３２のヒューズ素子の寿命が近いと通知する最終的な目的のために、寿命情報が最終的にステップ７３０での通信に利用可能になるまで、受信した情報をさらに処理することができる別のコントローラまたは装置に、情報の一部のみを決定または通信することができる。このような通知が適切に生成される前に、寿命情報を記録し、かつ、通信して、データのアーカイブおよび分析機能ならびに所望の報告を容易にすることができる。
【０１１１】
通知７３２が生成された後、電力システムの使用および所有が中断されないことを確実にするために、高度なヒューズ疲労によるヒューズ素子が故障する前にヒューズを積極的に交換できるように、いくらかのリードタイムが与えられ得る。解説されているＥＶ電力システムの用途などの用途では、ヒューズ疲労に原因があるヒューズの他の予期せぬ厄介な種類の動作を回避することによって、システムの信頼性とユーザ満足度を高めることができる。
【０１１２】
別の例示的なプロセスでは、コントローラは、任意に、ステップ７３４に示すように、ヒューズを流れる電流の流れに関連するひずみを計算するように構成することができる。計算されたひずみは、ステップ７２０、７２２、および７２４の目的のために、ヒューズ疲労パラメータとして利用されてもよい。ステップ７２４において、コントローラは、計算されたひずみを上記の所定のヒューズ疲労ひずみプロットと比較して、ステップ７２６および７２８に示すように、ヒューズ素子の消費耐用年数またはヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つを決定することができる。
【０１１３】
別の例示的なプロセスでは、コントローラは、ステップ７３６に示されるように、所定の範囲内で検出された電流ピークの数、および計算されたひずみにおける故障までの総周期数に基づいて、疲労損傷成分を任意に計算することができる。そのような計算は、ステップ７３４の計算されたひずみに関連しても、関連していなくてもよい。いずれにせよ、疲労損傷成分は、ステップ７２０、７２２、および７２４の目的のために、ヒューズ疲労パラメータとして利用することができる。ステップ７２４において、コントローラは、累積された疲労損傷成分を比較し、かつ、累積された疲労を１と比較して、ステップ７２６および７２８に示すように、ヒューズ素子の消費耐用年数またはヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つを決定する。
【０１１４】
このように、抵抗の変化、ヒューズ素子の機械的ひずみの変化、および累積された損傷成分のようなヒューズ疲労パラメータは、同一のまたは異なる実施形態で別々にまたは組み合わせて監視されて、様々な異なるヒューズ疲労評価システムを提供することができる。２つ以上のヒューズ疲労パラメータが監視される実施形態では、システムの冗長性を提供するために、および／またはシステムエラー検出能力などのようなより高度なシステム機能を可能にするために、結果を比較することができる。同様に、異なるヒューズ疲労パラメータに基づく複数の種類のヒューズ疲労評価が、ステップ７３０で通信される。
【０１１５】
ステップ７３８に示すように、コントローラは、故障状況を識別するように構成することができる。ステップ７４０において、コントローラは、上述したような技術を使用して、電力システム内の特定の種類の故障電流を識別するように構成されてもよい（例えば、所定の持続時間の評価窓に基づく所定期間の持続時間の評価窓ウに基づく故障識別）。ステップ７４２において、コントローラは、故障電流の種類を通信するように構成することができる。このような特定の種類の故障電流の通信は、電力システム内の電気ヒューズの性能に関するリアルタイムのフィードバックを提供するだけでなく、経時的に電力システムを修理するまたは最適化するのに役に立ち得る。
【０１１６】
示され、かつ、説明されたプロセスは、複数のヒューズが、ヒューズ疲労問題について同時に監視され得るように、所望の電力システム内の複数のヒューズにわたって調整されてもよい。ヒューズ性能の個々の変動は、１つのヒューズからの疲労情報を、同一のまたは異なる電流プロファイルを受ける可能性がある他のヒューズと比較することによって識別および検出することができる。付勢された電力システム内の複数のヒューズについて収集され、かつ、通信された情報は、電力システム内の電気ヒューズの性能を分析および最適化するだけでなく、経時的に電力システムの修理または最適化を目的として貴重なリアルタイムのフィードバックを提供することができる。
【０１１７】
機能的態様では、例示的なシステム３００、５００、５５０、および６００をここで説明したので、当業者は、さらなる説明なしに、説明したような制御の方法およびプロセスを実施するための制御回路を構築することができる。コントローラの任意のプログラミングは、適切なアルゴリズムなどを使用して達成されて、当業者の範囲内にあると考えられる所望の効果を提供することができる。
【０１１８】
本発明の恩恵はここで、開示された例示的な実施形態に関して十分に説明されたと考えられる。
【０１１９】
少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータを、付勢された電力システムにヒューズが接続されている間に、ある期間にわたって、監視するように構成されたコントローラを含む電気ヒューズ疲労評価システムの実施形態が開示されている。監視されている少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータに基づいて、コントローラは、ヒューズ素子の消費耐用年数、またはヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つを決定するようにさらに構成されている。
【０１２０】
任意に、少なくとも１つのヒューズ疲労パラメータは、抵抗の変化、ヒューズ素子の機械的ひずみの変化、または累積された損傷成分のうちの１つを含むことができる。
【０１２１】
システムは、電流源を含むことができ、コントローラは、電流源からのヒューズ素子を横切る注入電流に基づいて、ヒューズの抵抗を測定するように構成されている。コントローラは、測定された抵抗を所定のヒューズ疲労抵抗プロットと比較するように構成されてもよい。システムは、ヒューズを流れる電流を検出するように構成されている補償回路を含むことができる。
【０１２２】
コントローラは、任意に、ヒューズを流れる電流に関連するひずみを計算するように構成することができる。コントローラは、計算されたひずみを所定のヒューズ疲労ひずみプロットと比較するように構成されてもよい。
【０１２３】
コントローラは、任意に、所定の範囲内で検出された電流ピークの数、および計算されたひずみにおける故障までの総周期数に基づいて、疲労損傷成分を計算するように構成されてもよい。コントローラは、計算された疲労損傷成分を累積し、累積された疲労を１と比較して、ヒューズ素子の消費耐用年数、またはヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つを決定するように構成されてもよい。
【０１２４】
コントローラは、任意に、ヒューズ素子の消費耐用年数、またはヒューズ素子の残存耐用年数のうちの少なくとも１つに関する情報を通信するように構成されてもよい。コントローラは、情報を無線通信するように構成することができる。
【０１２５】
コントローラは、任意に、電力システム内の故障電流の種類を特定するように構成することができる。コントローラは、故障電流の種類を通信するように構成することができる。コントローラは、故障の種類を無線通信するように構成することができる。コントローラは、所定の持続時間の評価窓に基づいて、故障電流を特定するように構成することができる。
【０１２６】
異なる選択肢として、コントローラは、ヒューズに内蔵されていてもよく、ヒューズホルダに内蔵されていてもよく、切断スイッチに内蔵されていてもよい。システムは、同様に、コントローラと通信する読取装置または遠隔装置のうちの少なくとも１つであってもよい。
【０１２７】
ヒューズ素子は、少なくとも１つの弱い箇所を含む幾何学的形状に打ち抜かれた金属ヒューズ素子であってもよい。
【０１２８】
この記載された説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために実施例を使用し、また当業者が本発明を実践することを可能にするためにも実施例を使用し、それには任意の装置またはシステムを作成しかつ使用することおよび組み込まれた方法を実行することが含まれる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、それらが請求項の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが請求項の文字通りの言葉との実質的な相違がない同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【図１】
2019526784.tif 000008
【図２】
2019526784.tif 000009
【図３】
2019526784.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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